TEX264介导的内质网自噬功能障碍促进镉诱导的内质网应激：与海马神经元凋亡及认知功能缺陷的关联

《Chemico-Biological Interactions》：TEX264-mediated ER-phagy dysfunction contributes to Cadmium-induced ER stress: Implication of hippocampal neuronal apoptosis and cognitive deficits

　　

摘要

镉（Cd）是一种公认的神经毒素，可引发神经元死亡和认知功能损害。镉细胞毒性破坏内质网（ER）蛋白质稳态，导致错误折叠和未折叠蛋白的积累以及后续的内质网应激介导的凋亡。内质网自噬（ER-phagy）作为一种关键的质量控制机制，可消除过度的内质网应激并维持内质网稳态。然而，ER自噬、内质网应激介导的凋亡及其交互作用在镉诱导的神经毒性中的确切作用仍不明确。在此，我们证明镉暴露强烈诱导小鼠海马和HT-22海马神经元中的内质网应激及随后的凋亡性损伤。使用4-苯丁酸（4-PBA）药理学抑制内质网应激可有效挽救镉触发的神经元损伤，减少细胞死亡，并改善镉相关的认知缺陷。值得注意的是，镉暴露导致明显的ER自噬功能障碍，表现为LC3-II积累减少、钙联蛋白水平升高，以及体内外ER自噬自噬流受损。此外，镉应激下ER自噬受体TEX264下调。重要的是，通过过表达TEX264恢复ER自噬，显著减轻了镉引发的内质网应激，从而阻断了下游的凋亡级联反应。总之，我们的发现确定ER自噬受损是镉神经毒性的一个此前未被认识的机制，该机制与内质网应激介导的凋亡协同促进海马神经元损伤。这些结果强调了内质网质量控制通路是干预镉诱导的 cognitive 和神经元损伤的有前景的治疗靶点。

引言

镉（Cd）是一种广泛存在且有害的重金属，由于其广泛的环境分布及其对生态系统和人类健康的潜在危害而引起了公众的高度关注[1]。鉴于镉在人体中极长的生物半衰期（10-30年），慢性镉暴露导致多个重要器官进行性生物积累，包括肾脏[2]、肝脏[3]、肺部[4]、骨骼[5]和脑[6]，最终导致不可逆的组织损伤[7]。越来越多的流行病学研究证实，镉暴露损害所有年龄段的个体的认知功能，从儿童到老年人[8]。我们实验室的研究结果以及其他研究团队的发现进一步证实，镉暴露导致实验动物出现显著且持久的认知缺陷[9]。虽然已知多种海马改变，包括神经元钙稳态紊乱[10]、成人神经发生缺陷[11]和氧化还原失调[12]，均参与镉神经毒性，但驱动神经元死亡和认知恶化的核心信号通路仍有待完全阐明。

作为连续的膜性细胞器，内质网（ER）协调多种细胞功能，如蛋白质合成和折叠、钙稳态和脂质生物合成[13]。内质网稳态可被各种病理性损伤所破坏，包括代谢障碍、缺血、环境毒物和钙失衡。这种扰动导致内质网腔内错误折叠蛋白的积累，即内质网应激状态[14]。适应性未折叠蛋白反应（UPR）被启动以缓解内质网应激并恢复内质网蛋白质稳态，促进对细胞存活至关重要的内质网功能恢复[15]。然而，当错误折叠和未折叠蛋白在内质网中持续积累时，长期UPR激活最终驱动凋亡性细胞死亡[16]。先前的研究已证实内质网应激相关凋亡参与镉诱导的肝损伤[17]和骨损伤[18]。虽然新兴证据强调了内质网应激对镉诱导的神经毒性的关键贡献，但镉暴露与内质网应激激活、神经行为功能障碍和认知缺陷之间联系的确切机制仍不明确[19]。

ER自噬是一种靶向内质网的特殊选择性自噬，已成为维持内质网稳态和保持蛋白质质量控制的关键细胞机制[20]。在生理条件下，组成型ER自噬通过消除多余的或受损的内质网片段来维持细胞稳态[21]。此外，该过程可被多种应激源动态激活，包括错误折叠蛋白、UPR信号、停滞的核糖体和外源性毒物[22]。特别是在应对内质网应激时，ER自噬被触发以促进未折叠或错误折叠蛋白和受损内质网的快速移除，防止过度应激水平造成的细胞损伤[23]。ER自噬失调已被证实在多种疾病的发病机制中发挥作用，如癌症[24]、病毒感染[25]和神经退行性疾病[26]。越来越多的证据进一步表明ER自噬受损对阿尔茨海默病[27]和帕金森病[28]的进展有重要贡献。然而，ER自噬在镉引发的神经毒性中的功能作用仍未被充分表征，而镉诱导的ER自噬与内质网应激介导的神经元凋亡之间的交互作用仍缺乏阐明。

因此，本研究提供了镉诱导的海马神经元损伤和认知功能障碍发病机制的新机制见解，强调了内质网应激和ER自噬在重金属神经毒性中的关键调控作用。

章节摘要

动物处理

从河南斯克拜生物科技有限公司获得八周龄雄性C57BL/6J小鼠（25-30 g）。所有小鼠均饲养在标准笼中，实验全程自由取食和饮水。动物在22±2°C、通风良好、卫生适宜的控制环境中饲养。所有动物实验程序经中国河南科技大学动物实验委员会批准（批准号

镉暴露触发小鼠海马中的内质网应激

为探索镉诱导的海马神经元凋亡背后的内质网应激信号通路，我们通过评估p-PERK/PERK、p-IRE1α/IRE1α和ATF6水平来检测其三个主要分支的激活情况。如图1A所示，接受1 mg·kg^-1镉处理的小鼠p-PERK/PERK和p-IRE1α/IRE1α比值显著增加，ATF6蛋白表达升高（p < 0.01），证明小鼠中三个核心UPR信号通路完全激活

讨论

在本研究中，镉暴露触发了过度的内质网应激及随后的CHOP介导的神经元凋亡，最终导致海马神经元丢失和认知功能障碍。使用4-PBA药理学抑制内质网应激可有效挽救镉诱导的神经元损伤和认知缺陷。机制上，镉刺激下调关键的ER自噬受体TEX264，导致严重的ER自噬缺陷，进一步加重了未解决的内质网应激和神经元

结论

本研究证明，镉暴露主要通过过度的内质网应激和随后的CHOP激活诱导海马神经元凋亡。机制上，镉触发的TEX264下调损害ER自噬，加剧内质网应激介导的神经元损伤。恢复TEX264依赖性ER自噬可有效缓解内质网应激并抑制CHOP相关神经元凋亡。我们的工作确定了镉神经毒性的一种新的分子机制，并强调了TEX264作为

CRediT作者贡献声明

王冬梅：撰写——审阅与编辑，撰写——原稿，概念化。范华：监督，项目管理，形式分析。高贵飞：软件，方法学，数据管理。曹陆阳：方法学，形式分析，数据管理。洪一博：软件，方法学。柯昊：方法学。袁全：调查。胡军：调查。许琦文：数据管理。刘展旭：数据管理

利益声明

? 作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文所报告的工作。

? 作者声明以下经济利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：

伦理声明

本研究按照ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究经中国河南科技大学批准。（批准号 D-2025-048）

竞争性利益声明

作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文所报告的工作。图形摘要由Biorender.com制作。

致谢

本工作得到河南省科技研发项目（资助号 262102310027）、洛阳市指导性科研项目（编号 2601233B）、河南省临床医学科学家项目（HNCMS202437）、河南省中青年健康科技创新领军人才培养计划（编号 LJRC2024019）以及河洛青年人才支持计划（编号 2024HLTJ08）的资助。

高贵飞|曹陆阳|洪一博|柯昊|袁全|胡军|许琦文|刘展旭|王冬梅|范华

河南科技大学基础医学与法医学院，洛阳，中国